Universidade Federal do Piauí
PSIU · 2ª série · Física · questões 42–49
Enunciados transcritos da fonte, com figuras originais. Respostas, resoluções e níveis TEF revistos editorialmente. Eventuais divergências são descritas no próprio item; não equivalem a uma anulação oficial.
Um gás ideal está inicialmente à temperatura de 27 $^{o}$C. Sua temperatura é aumentada de 1,0 $^{o}$C (um grau Celsius), mantendo-se o volume constante. O aumento percentual aproximado na pressão do gás é:
O gás começa a 300 K. Em volume constante:
\[\Delta P/P=\Delta T/T\] \[\Delta P/P=1/300\] \[100\Delta P/P\approx0{,}33\%\]Uma variação de 1 °C equivale a 1 K.
Um mol de gás ideal, inicialmente em equilíbrio termodinâmico (temperatura $T_0$, pressão $P_0$ e volume $V_0$), sofre as transformações de estado representadas no diagrama ao lado, retornando ao seu estado de equilíbrio inicial. Suponha $T_0=300\,\mathrm{K}$ e a constante universal dos gases, $R\approx2{,}0\,\mathrm{cal/(mol\cdot K)}$. Sobre o calor trocado durante o ciclo completo, assinale a alternativa correta.
O ciclo retangular é horário, com trabalho positivo igual à área:
\[W=(2P_0-P_0)(2V_0-V_0)\] \[W=P_0V_0\] \[W=nRT_0\] \[W=600\ \text{cal}\]No ciclo completo, a energia interna volta ao valor inicial:
\[Q_{liq}=W\]O gás absorve, no saldo, 600 cal.
Um gás ideal se expande até atingir o dobro de seu volume inicial, através de dois processos distintos: I) expansão adiabática e II) expansão isotérmica. Em ambos os casos o trabalho realizado foi igual a 800 joules. Dentre as alternativas abaixo assinale aquela que indica corretamente a quantidade de calor absorvida pelo gás ($Q$) e o módulo da variação de sua energia interna ($\Delta U$) nos processos I e II.
Na expansão adiabática:
\[Q=0\] \[\Delta U=-800\ \text{J}\]Na isotérmica de gás ideal:
\[\Delta U=0\] \[Q=W=800\ \text{J}\]A tabela pede o módulo da variação de energia interna.
Considere uma onda de rádio FM cuja freqüência é 100,0 MHz (1 MHz = 10$^{6}$ Hz) e uma onda de rádio AM cuja freqüência é 1000 kHz (1 kHz = 10$^{3}$ Hz). Podemos afirmar que a razão entre o comprimento de onda da onda AM e o comprimento de onda da onda FM é:
No mesmo meio, a velocidade das ondas é a mesma:
\[\lambda_{AM}/\lambda_{FM}=f_{FM}/f_{AM}\] \[f_{AM}=10^6\ \text{Hz}\] \[f_{FM}=10^8\ \text{Hz}\] \[\lambda_{AM}/\lambda_{FM}=100\]Um gás rarefeito, eletricamente neutro, consistindo de uma mistura de átomos neutros, íons positivos e elétrons livres, é chamado de plasma, também conhecido como o quarto estado da matéria. Plasma pode ser obtido pela ionização de átomos de um gás monoatômico. Considere um gás monoatômico, à temperatura T, cujos átomos têm energia de ionização aproximadamente igual a 4,00 eV (1 eV = 1,60 · 10$^{–19}$ J) e energia cinética média igual a (3/2)kT, onde k = 1,38 · 10$^{–23}$ J/K é a constante de Boltzmann. Esse gás começa a produzir plasma à temperatura aproximada de:
Iguale a energia média à energia de ionização no modelo proposto:
\[\frac32kT=4{,}00(1{,}60\times10^{-19})\] \[T=\frac{2(6{,}40\times10^{-19})}{3(1{,}38\times10^{-23})}\] \[T\approx3{,}1\times10^4\ \text{K}\]Trata-se de uma estimativa por energia média.
A figura ao lado mostra a fotografia de uma corda longa percorrida por uma onda senoidal, tomada no instante de tempo $t=0$. A onda tem um período $T$. Assinale a alternativa que representa uma foto da corda no tempo $t=T/4$.
Item com ressalva editorial. Consulte a resolução; ele não entra no seu desempenho.
Após um quarto de período, uma onda progressiva se desloca um quarto de comprimento de onda:
\[v(T/4)=\lambda/4\]O perfil deve ser transladado para o sentido de propagação, enquanto o ponto material P permanece na mesma coordenada horizontal. A figura reproduzida não informa esse sentido; portanto, a evolução não é determinada de maneira única.
Situação após revisão: Dados insuficientes
Um raio de luz atravessa o ar e incide sobre o centro de curvatura de um hemisfério de vidro (ver figura ao lado). O ângulo de incidência é $\theta_i=30^\circ$, o índice de refração do ar é $n_{ar}=1{,}0$ e o do vidro é $n=1{,}5$. O raio de luz do vidro no ponto $E$, emerge retornando ao ar, onde segue uma direção dada pelo ângulo $\beta$:
O raio refratado parte do centro de curvatura do hemisfério. Por isso, atinge a superfície curva na direção de um raio geométrico, perpendicularmente à interface. Não sofre novo desvio ao sair:
\[\beta=\theta_r\]A primeira refração obedece à lei de Snell na face plana.
O atrito com o ar, durante o vôo, faz a temperatura externa do avião Concorde aumentar. Esse aumento de temperatura causa uma dilatação de cerca de 25 cm na fuselagem do avião. À temperatura de $20\,{}^\circ\mathrm{C}$, a fuselagem mede 60 metros de comprimento. A fuselagem é feita de uma liga cujo coeficiente de dilatação térmica linear é $\alpha=3{,}3\cdot10^{-5}\,(^\circ\mathrm{C})^{-1}$. A temperatura externa do Concorde, correspondente à dilatação de 25 cm, é aproximadamente igual a:
Use unidades compatíveis:
\[\Delta T=\Delta L/(\alpha L_0)\] \[\Delta T=\frac{0{,}25}{(3{,}3\times10^{-5})(60)}\] \[\Delta T\approx126\ ^\circ\text{C}\] \[T_f=20+126\] \[T_f\approx146\ ^\circ\text{C}\]O valor aproximado oferecido é 145 °C.